روش های ساخت نانو سیم ها

روش‌های گوناگونی برای تولید نانوسیم‌ها استفاده شده است. این روش‌ها عموماً بر اساس لیتوگرافی، تبخیر اتمی، رسوب فیزیکی بخار و یا پاشش اتمی فلز بر روی الگویی که بدین منظور بر روی زیر لایه پلیمری و یا سیلیسیمی ایجاد شده، انجام می‌گیرد.

در ادامه به بررسی برخی از تکنیک‌های ساخت نانوسیم‌ها خواهیم پرداخت.

1- تکنیک‌های لیتوگرافی (Lithography)

لیتوگرافی در اصل به معنای ساخت اشیاء از سنگ است. لیتوگراف یک تصویر است که از حکاکی یک طرح روی سنگ به دست می‌آید. در این روش، ابتدا طرح با مرکب روی سنگ کشیده شده و سپس با قرار دادن سنگ روی کاغذ و فشار دادن آن، طرح روی کاغذ چاپ می‌شود. این تکنیک می‌تواند در مقیاس‌های کوچک نیز مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال: برای تولید تراشه‌های کامپیوتری، از لیتوگرافی استفاده می‌کنند. در این مورد با توجه به شکل تراشه مورد نظر، با استفاده از روش‌های شیمیایی، یک ماسک از طرح تراشه تولید شده و سپس پرتو لیزر از روی ماسک عبور کرده و ساختارهای دقیق تراشه را روی سطح مشخص می‌سازد.

1-1- لیتوگرافی با پرتو الکترونی (E-Beam Lithography)

در این روش ابتدا بر روی یک پلیمر سخت شونده، به وسیله‌ی پرتو الکترونی با انرژی بالا (بیشتر از 29 کیلو ولت) طرح نانوسیم مورد نظر شکل داده می‌شود. در واقع با این پرتوافکنی، پلیمر یونیزه می‌شود. سپس با حلال‌های شیمیایی، پلیمر پرتوافکنی شده را حل نموده و طرح لازم را ایجاد می‌نمایند.

در نهایت برای تولید نانوسیم، فلز مورد نظر با استفاده از تبخیر اتمی یا پاشش اتمی فلز روی طرح نشانده می‌شود.

1-2- لیتوگرافی نوری

این روش مشابه روش قبل است اما به جای پرتوافکنی از نور استفاده می‌شود و در مناطقی که توسط ماسک روی ماده سخت شونده تعریف شده طراحی لازم انجام می‌شود.

تنها محدودیت این روش در مقایسه با روش لیتوگرافی الکترونی، محدوده پراش موج نوری است. طول موجی که در حال حاضر در صنایع استفاده می‌شود حدود 248 نانومتر است که با طراحی دقیق ماسک، می‌توان به ابعاد کمتر از 100 نانومتر هم رسید.

1-3- لیتوگرافی با پروب روبشی

یک راه برای تولید ساختارهای دلخواه روی سطح، نوشتن آن‌هاست. درست مشابه خطی که با خودکار روی کاغذ کشیده می‌شود. برای تولید چنین خطوطی در مقیاس نانو، به یک نانوخودکار نیاز است. خوشبختانه، نوک پروب میکروسکوپ‌های نیروی اتمی  (AFM)، نانوخودکارهای ایده‌‌آلی برای این کار هستند. از این روش می‌توان برای ساخت نانوسیم‌های زیز 100 نانومتر استفاده کرد. استفاده از پروب دستگاه (AFM (Atomic force microscopeبرای حرکت دادن مولکول‌ها بر یک سازه روشی است که نانولیتوگرافی(nanolithography)  نامیده می‌شود. در این روش مخزن جوهر (اتم‌ها یا مولکول‌ها) در بالای نوک پروب روبشی قرار داده شده و روی سطح نشانده می‌شود. با این روش می‌توان نانوسیم‌های طلا به قطر 1 نانومتر تولید کرد. شکل 1 شماتیکی از فرایند لیتوگرافی با استفاده از نوک پروب میکروسکوپ نیروی اتمی آغشته به مولکول‌های جوهر را نشان می‌دهد.

2- مزوحفره‌ها( Mesoporous) قالبی برای نانوسیم‌ها

مزوحفره‌ها به عنوان یکی از اساسی‌ترین ترکیبات و به عنوان قالب در ساخت نانوسیم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. مزوحفره‌ها ترکیباتی متخلخل با اندازه حفره‌ی مشخص می‌باشند که شامل دسته‌های مختلفی هستند.

شکل 2 ساختارهایی از مزوحفره‌ها را نشان می‌دهد. نسبت مواد اولیه و روش مورد استفاده، باعث ایجاد ساختارهایی با حفره‌های متنوع می‌شود.

به طور مثال ریو (Reyoo) و استاکی ( Stucky)و همکاران آن‌ها تولید نانوسیم‌های فلزی از نقره، طلا و پلاتین را با استفاده از مزوحفره‌های سیلیکاتی گزارش دادند. مزوحفره‌های سیلیکاتی با ساختار شش وجهی دارای کانال‌های یک بعدی و قطر حفره‌هایی بین 4 تا 30 نانومتر می‌باشند. در این روش ابتدا محلول‌های آبی با غلظت‌های مشخص از نمک‌های طلا، نقره و پلاتین تهیه و سپس با غوطه‌ور کردن مقدار مناسبی از مزوحفره‌های سیلیکاتی در محلول‌های مورد نظر و با گذشت زمان مناسب، محلول‌های نمکی به درون حفره‌ها نفوذ می‌کنند. پس از آن محلول تغلیظ و حلال از محیط واکنش خارج می‌گردد. از حلال دی‌کلرومتان جهت شستشوی سطح حفره و حذف یون‌ها و نمک‌های متصل شده به سطح آن استفاده می‌شود. سپس قالب باید در حرارت اتاق خشک شود. در نهایت، با قرار دادن قالب سیلیکاتی به همراه نانوسیم‌های فلزی در محلول فلوئوریک اسید و سپس شستشو با حلال اتانول، می‌توان قالب را حذف نمود.

استفاده از مزوحفره‌ها در ساخت نانوسیم‌ها دارای دو ویِژگی مهم است:

الف) نانوسیم‌هایی با ضخامت معین و مشخص ایجاد می‌شود.

ب) رشد نانوسیم‌ها در یک بعد خواهد بود.

گردآوری:مریم ملک دار

http://www.tebyan.net/science_technology/nanotechnology/2008/9/2/73524.html